JP2005027454A

JP2005027454A - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP2005027454A
Application number: JP2003191567A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kojima; 繁児島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27
Also published as: US6933734B2; MXPA04005093A; US20050001635A1

Abstract

【課題】温度センサーを追設せずに、ブレーキ抵抗の過温検知する車両用制御装置を得る。
【解決手段】ブレーキ時に発生する電力を抵抗器のジュール熱で消費する電気車両の該抵抗器の過温検知を行う車両用制御装置であって、ブレーキ抵抗器１１に流れる電流値（Ｉ）と、ブレーキ抵抗器１１の両端の電圧値（Ｖ）とによりブレーキ抵抗器１１の抵抗値（Ｒ）を算出する算出器１５と、算出器１５が算出する抵抗値（Ｒ）と、予め演算されているブレーキ抵抗器１１の許容温度における抵抗値（Ｒｍａｘ）とを比較して、抵抗値（Ｒ）の方が大きい場合にブレーキ抵抗器１１の過温として検知する比較器１６とから構成されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車両用制御装置に関し、特に、鉄道車両等の電気車において発電ブレーキ制御を行う際のブレーキ抵抗過温検知を行う車両用制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用制御装置においては、ブレーキ制御時には、モータの回転エネルギーを電力変換手段により直流電力に変換し、ブレーキ抵抗器でジュール熱として消費している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２１５６０５号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両制御装置では、ブレーキ抵抗器で消費するジュール熱が過大になった時、抵抗器が高温となり、抵抗焼損あるいは発煙するという問題点があった。
【０００５】
そのため、ブレーキ抵抗器の過温検知ができることが望ましいが、そのためにはブレーキ抵抗器の温度を計測するための温度センサーを設けなければならず、装置が高価になってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、温度センサーを追設せずに、ブレーキ抵抗の過温検知する車両用制御装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ブレーキ時に発生する電力を抵抗器のジュール熱で消費する電気車両の該抵抗器の過温検知を行う車両用制御装置であって、上記抵抗器に流れる電流値を検出する電流検出手段と、上記抵抗器の両端の電圧値を検出する電圧検出手段と、上記電流値および上記電圧値とにより、上記抵抗器の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値と、上記抵抗器の許容温度における抵抗値とを比較して、上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値の方が大きい場合に上記抵抗器の過温として検知する過温検知手段とを備えた車両用制御装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である車両用制御装置を示すものである。図に示すように、直流電車線１に、異常電流を遮断する高速度遮断器２が接続されている。高速度遮断器２には直列回路３が接続されており、該直列回路３は、スイッチ４と充電抵抗５とで構成されている。また、直列回路３にはスイッチ７が並列接続されており、直列回路３と直列回路３に並列接続されたスイッチ７とで並列回路６が構成されている。また、高速度遮断機２及び並列回路６を介して直流電車線１から電力が供給され、モータ９を制御するためのインバータ等からなる電力変換手段８が設けられている。該電力変換手段８は、ゲート絶縁形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子で構成されている。また、電力変換手段８には、フィルタコンデンサ１０が並列接続されている。さらに、ブレーキ抵抗器１１が、半導体スイッチ１２を介して電力変換手段８に並列接続されている。このブレーキ抵抗器１１は、電気車両のブレーキ時に発生する電力をジュール熱で消費するためのものである。なお、ブレーキ抵抗器１１に直列接続されている半導体スイッチ１２は、ジュール熱を制御するためのものであり、例えば、サイリスタから構成される。また、ブレーキ抵抗器１１に直列接続された電流センサー１３とブレーキ抵抗器１１に並列接続された電圧センサー１４が設けられている。
【０００９】
このように構成された車両用制御装置においては、ブレーキ抵抗器１１に流れる電流値（Ｉ）は電流センサー１３で検出可能であり、その結果、ブレーキ抵抗器１１の両端に発生する電圧値（Ｖ）も電圧センサー１４で検出可能である。
【００１０】
図２は、検出した電流値（Ｉ）と電圧値（Ｖ）により過温検知する論理を示す図である。図２に示すように、算出器１５に比較器１６が接続されている。
【００１１】
この構成において、まず、検出した電流値（Ｉ）および電圧値（Ｖ）が算出器１５に入力され、算出器１５は、該電流値（Ｉ）および電圧値（Ｖ）により、ブレーキ抵抗器１１の抵抗値（Ｒ）を次式（１）により算出する。
【００１２】
ブレーキ抵抗器の抵抗値（Ｒ）＝電圧値（Ｖ）／電流値（Ｉ）・・・式（１）
【００１３】
一方、ブレーキ抵抗器１１を構成している抵抗体の２０℃における抵抗値を（Ｒ２０）、抵抗体の温度係数を（Ｋ）、抵抗体の許容温度を（Ｔｍａｘ）、許容温度（Ｔｍａｘ）における抵抗体の抵抗値を（Ｒｍａｘ）とすると、下記関係式が成り立つ。
【００１４】
抵抗値（Ｒｍａｘ）＝Ｒ２０＋Ｋ（Ｔｍａｘ−２０）・・・式（２）
【００１５】
そこで、次に、算出器１５により算出された抵抗値（Ｒ）と、上式（２）を用いて予め算出されている許容温度（Ｔｍａｘ）における抵抗体の抵抗値を（Ｒｍａｘ）とが、比較器１６に入力され、比較器１６は、抵抗値（Ｒ）と許容温度における抵抗値（Ｒｍａｘ）とを比較し、算出した抵抗値（Ｒ）の方が大きいときに過温検知と判定する。
【００１６】
以上のように、本実施の形態に係る車両用制御装置においては、ブレーキ抵抗器１１に特に温度センサー等を取り付けたりせずに、電流センサー１３と電圧センサー１４のみでブレーキ抵抗器１１の過温検知ができるため、安価に装置を構成することができる。
【００１７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、電圧センサー１４をブレーキ抵抗器１１のみに並列接続していたが、図３に示すように、電圧センサー１７をフィルタコンデンサ１０に並列接続するようにしてもよい。これにより、本実施の形態においては、ブレーキ抵抗器１１の両端電圧値（Ｖ）と等価な直流回路電圧値を用いて、ブレーキ抵抗器１１の過温検知を行う。他の構成については、図１と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００１８】
図３において、半導体スイッチ１２が導通した時、ブレーキ抵抗器１１に電流が流れる。この時、半導体スイッチ１２の両端電圧は数ボルトで、直流電車線１の電圧に比べて非常に小さいため、無視できる程度であり、電圧センサー１７により検出する電圧（Ｖ’）は、ブレーキ抵抗器１１の両端に発生する電圧値（Ｖ）にほぼ等しい。これにより、本実施の形態においては、ブレーキ抵抗器１１と半導体スイッチ１２との両端に発生する電圧値を、ブレーキ抵抗器１１の両端の電圧値として等価的に検出することとする。このため、本実施の形態の図３に示す回路においても、電流センサー１３により検出した電流（Ｉ）と、電圧センサー１７により検出する電圧（Ｖ’）とを用いて、図２の論理構成により、上記実施の形態１と同様に過温検知することができる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態に係る車両用制御装置においては、上記実施の形態１と同様に、ブレーキ抵抗器１１に特に温度センサー等を取り付けたりせずに、電流センサー１３と電圧センサー１７のみで過温検知できるため、安価に装置を構成することができる。
【００２０】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３である車両用制御装置の過温検知論理を示すものである。なお、本実施の形態における車両用制御装置の全体の構成は、上述の実施の形態１または２で示した図１または図３で示した構成と同じであるため、それらの図を参照することとし、ここではその説明は省略する。従って、本実施の形態で用いられている電流（Ｉ）は図１または図３の電流センサー１３で検出されたものであり、電圧（Ｖ）は図１または図３の電圧センサー１４または１７で検出された電圧（Ｖ）または電圧（Ｖ’）のいずれかとする。
【００２１】
図４に示すように、算出器１８と、直列接続されている２つの算出器１９および２０とが、並列接続されており、算出器１８の出力が比較器２１の一方の入力端子に接続され、算出器２０の出力が比較器２１の他方の入力端子に接続されている。
【００２２】
算出器１８は、検出された電流値（Ｉ）と電圧値（Ｖ）により、ブレーキ抵抗器１１の抵抗値（Ｒ）を算出する。算出式は、上述の式（１）である。
【００２３】
一方、ブレーキ抵抗器１１の製造誤差により、抵抗器ごとに初期抵抗値が異なる場合、電流の初期値（Ｉ０）と電圧の初期値（Ｖ０）より、温度Ｔ０における抵抗器の初期抵抗値（Ｒ０）を、次式（３）により算出器１９により算出する。尚、温度Ｔ０については、車両用制御装置が有する他の温度情報、例えば、主回路半導体用冷却器の温度情報を用いる。
【００２４】
初期抵抗値（Ｒ０）＝電圧初期値（Ｖ０）／電流初期値（Ｉ０）・・・式（３）
【００２５】
また、抵抗体の温度係数を（Ｋ）、抵抗体の許容温度を（Ｔｍａｘ）、許容温度（Ｔｍａｘ）における抵抗体の抵抗値を（Ｒｍａｘ）とすると、下記関係式が成り立つ。
【００２６】
抵抗値（Ｒｍａｘ）＝Ｒ０＋Ｋ（Ｔｍａｘ−Ｔ０）・・・式（４）
【００２７】
算出器２０により、上式（４）を用いて、許容温度における抵抗値（Ｒｍａｘ）を算出し、比較器２１により、算出器１８が算出した抵抗値（Ｒ）と算出器２０が算出した許容温度における抵抗値（Ｒｍａｘ）との比較を行って、算出した抵抗値（Ｒ）の方が大きいときに過温検知と判定する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態に係る車両用制御装置においては、上記実施の形態１と同様に、ブレーキ抵抗器１１に特に温度センサー等を取り付けたりせずに、電流センサー１３と電圧センサー１４（または１７）のみで過温検知できるため、安価に装置を構成することができる。さらに、本実施の形態においては、ブレーキ抵抗器１１の製造誤差により、抵抗器ごとに初期抵抗値が異なる場合、電流の初期値（Ｉ０）と電圧の初期値（Ｖ０）より、温度Ｔ０における抵抗器の初期抵抗値（Ｒ０）を求め、それに基づいて、許容温度における抵抗値を算出するようにしたので、さらに、精度よく、過温検知を行うことができる。
【００２９】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４である車両用制御装置を示すものである。本実施の形態における構成は、上述の実施の形態２で示した図３の構成と基本的に同じであり、異なる点は、図２の半導体スイッチ１２の代わりに、ＩＧＢＴ等の高周波スイッチング素子からなる半導体スイッチ２２を用いていることである。
【００３０】
図５において、電圧センサー１７により検出する電圧値（Ｖ’）は半導体スイッチ２２のオン・オフにかかわらず一定値となるが、電流センサー１３により検出する電流値（Ｉ’）は半導体スイッチ２２のオン・オフにより断続し、図６の左側の図に示す電流波形２３となる。この電流波形２３の平均値または実効値を電流（Ｉ）として、上記電圧値（Ｖ’）により抵抗値（Ｒ）を計算すると正しい抵抗値（Ｒ）とならない。このため、検出した電流（Ｉ’）の包絡線によって得られる図６の右側の図に示す一定の値となる整形波形２４の電流値を電流値（Ｉ）として用いて抵抗値（Ｒ）を算出する。
【００３１】
図７は、本実施の形態における過温検知論理を示すもので、電流波形２３を整形波形２４に変換するための波形整形回路２５を、図４の構成に対して追加することにより、上記実施の形態３と同様にブレーキ抵抗器１１の過温検知を行うことができる。
【００３２】
すなわち、まず、はじめに、電流センサー１３により検出された電流波形を有する電流（Ｉ’）を波形整形回路２５に入力して、整形波形２４を有する電流（Ｉ）に変換する。こうして得られた電流（Ｉ）と電圧センサー１７により得られた電圧（Ｖ’）とを用いて、上述の実施の形態３と同じ動作により、比較器２１により、算出器１８が算出した抵抗値（Ｒ）と算出器２０が算出した許容温度における抵抗値（Ｒｍａｘ）との比較を行って、算出した抵抗値（Ｒ）の方が大きいときに過温検知と判定する。
【００３３】
以上のように、本実施の形態に係る車両用制御装置においては、上記実施の形態１と同様に、ブレーキ抵抗器１１に特に温度センサー等を取り付けたりせずに、電流センサー１３と電圧センサー１７のみで過温検知できるため、安価に装置を構成することができる。さらに、本実施の形態においては、ブレーキ抵抗器１１の製造誤差により、抵抗器ごとに初期抵抗値が異なる場合、電流の初期値（Ｉ０）と電圧の初期値（Ｖ０）より、温度Ｔ０における抵抗器の初期抵抗値（Ｒ０）を求め、それに基づいて、許容温度における抵抗値を算出するようにしたので、さらに、精度よく、過温検知を行うことができる。また、本実施の形態においては、半導体スイッチ２２がＩＧＢＴ等の高周波スイッチング素子から構成されていて、電流センサー１３により検出する電流値（Ｉ’）が半導体スイッチ２２のオン・オフにより断続し、図６の左側の図に示す電流波形２３となるような場合においても、波形整形回路２５を設けたことにより、波形整形を行って、断続しない波形の電流（Ｉ）を得ることができるため、上述の実施の形態１〜３と同様に、過温検知を行うことができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、半導体スイッチ２２を設ける構成を、実施の形態２で示した図３の車両用制御回路の全体構成と実施の形態３で示した図４の論理構成との組み合わせに適用する例について説明したが、その場合に限らず、実施の形態１〜３のいずれかで示した、図１と図２の組み合わせや、図１と図４の組み合わせ、あるいは、図３と図２の組み合わせのいずれにも適用してもよく、その場合にも、同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は、ブレーキ時に発生する電力を抵抗器のジュール熱で消費する電気車両の該抵抗器の過温検知を行う車両用制御装置であって、上記抵抗器に流れる電流値を検出する電流検出手段と、上記抵抗器の両端の電圧値を検出する電圧検出手段と、上記電流値および上記電圧値とにより、上記抵抗器の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値と、上記抵抗器の許容温度における抵抗値とを比較して、上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値の方が大きい場合に上記抵抗器の過温として検知する過温検知手段とを備えた車両用制御装置であるので、温度センサーを追設せずに、電流値と電圧値とからブレーキ抵抗の過温検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の構成を示した構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の過温検知論理構成を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る車両用制御装置の構成を示した構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る車両用制御装置の過温検知論理構成を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る車両用制御装置の構成を示した構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る車両用制御装置の波形整形を示した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る車両用制御装置の過温検知論理構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１直流電車線、２高速度遮断器、３直列回路、４スイッチ、５充電抵抗、６並列回路、７スイッチ、８電力変換手段、９モータ、１０フィルタコンデンサ、１１ブレーキ抵抗、１２半導体スイッチ、１３電流センサー、１４電圧センサー、１５算出器、１６比較器、１７電圧センサー、１８算出器、１９算出器、２０算出器、２１比較器、２２半導体スイッチ、２３電流波形、２４整形波形、２５波形整形回路。

Claims

ブレーキ時に発生する電力を抵抗器のジュール熱で消費する電気車両の該抵抗器の過温検知を行う車両用制御装置であって、
上記抵抗器に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
上記抵抗器の両端の電圧値を検出する電圧検出手段と、
上記電流値および上記電圧値とにより、上記抵抗器の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値と、上記抵抗器の許容温度における抵抗値とを比較して、上記抵抗値算出手段が算出する上記抵抗値の方が大きい場合に上記抵抗器の過温として検知する過温検知手段と
を備えたことを特徴とする車両用制御装置。
上記抵抗器にはジュール熱を制御するスイッチング素子が直列に設けられており、この抵抗器とスイッチング素子との両端に発生する電圧値を、上記抵抗器の両端の電圧値として等価的に検出することを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
上記過温検知手段は、
上記抵抗器に流れる初期電流値と上記抵抗器の初期両端電圧値により上記抵抗器の初期抵抗値を算出する初期抵抗値算出部と、
上記初期抵抗値を用いて上記抵抗器の許容温度における抵抗値を算出する許容温度抵抗値算出部と
を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用制御装置。
上記電流検出手段と上記抵抗値算出手段との間に接続され、上記電流検出手段が検出する上記抵抗器に流れる断続電流の包絡線から一定の値を示す整形波形電流を得て、該整形波形電流の値を上記電流値として上記抵抗値算出手段に出力する波形整形手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用制御装置。